一种空气侧循环的燃料电池以及车辆制造技术

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种空气侧循环的燃料电池以及车辆，所述燃料电池包括空气分离器

【技术实现步骤摘要】
一种空气侧循环的燃料电池以及车辆


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种空气侧循环的燃料电池以及车辆
。

技术介绍

[0002]氧气是燃料电池的重要反应原料，现有燃料电池系统技术仅利用环境空气作为原料，并不对其进行任何成分处理，一方面由于自然环境中的空气氧含量太低，限制了电堆的发电功率
。
另外一方面，尾排的气体的能量直接被浪费掉了，降低了利用率
。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种空气侧循环的燃料电池以及车辆
。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种空气侧循环的燃料电池，包括空气分离器
、
电加热器
、
电堆
、
轴流涡轮
、
电机以及空压机；
[0006]所述轴流涡轮
、
电机以及空压机三者共轴设置；
[0007]所述电堆包括空气侧入口以及尾排口；
[0008]所述空气分离器包括出口，所述空气分离器出口上设置有透氧膜；所述电加热器设置在透氧膜上；
[0009]所述轴流涡轮包括进口和出口；所述尾排口
、
空气分离器出口分别与轴流涡轮进口连通；所述轴流涡轮出口通过空压机与空气侧入口连通
。
[0010]优选地，所述电堆包括空气侧出口，所述空气侧出口
、
空压机以及空气侧进口三者通过三通阀连通r/>。
[0011]优选地，所述透氧膜为含有钡钙钛矿材质的透氧膜
。
[0012]优选地，所述燃料电池还包括空滤，所述空滤与空压机进口连通
。
[0013]优选地，所述电机为发电电动机
。
[0014]优选地，所述电加热器为
PTC
加热器
。
[0015]优选地，所述发电电动机与
PTC
加热器电性连接
。
[0016]优选地，所述空气分离器上设置有与空气侧入口直连的通道，所述燃料电池通过空气分离器分离后剩余的气体对燃料电池进行吹扫
。
[0017]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的另一技术方案为：
[0018]一种车辆，包括上述的空气侧循环的燃料电池
。
[0019]本专利技术的有益效果在于：通过电堆的尾排口与轴流涡轮的进口连通，通过加热分离出的高温高压氧气和尾排气体，能够推动轴流涡轮转动，进而电机转动，继而带动空压机转动，实现燃料电池的能量的多级利用，而降温后高温氧气与尾排气体的水蒸气混合后通过空压机送入电堆内进行反应，实现增压增氧增湿，能够大大的提升电堆的反应速率以及实现快速的冷启动；同时空气侧由于含氧量高，通过尾排的接入轴流涡轮再进入空气侧入口，实现高浓度氧气的循环利用，提升氧气的利用效率
。
附图说明
[0020]图1为本专利技术具体实施方式的一种空气侧循环的燃料电池的结构框图；
[0021]标号说明：
1、
空气分离器；
11、
透氧膜；
2、
电加热器；
3、
电堆；
31、
空气侧入口；
32、
尾排口；
33、
空气侧出口；
4、
轴流涡轮；
5、
电机；
6、
空压机；
7、
空滤
。
具体实施方式
[0022]为详细说明本专利技术的
技术实现思路

、
所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明
。
[0023]请参照图1，一种空气侧循环的燃料电池，包括空气分离器
1、
电加热器
2、
电堆
3、
轴流涡轮
4、
电机5以及空压机6；
[0024]所述轴流涡轮
4、
电机5以及空压机6三者共轴设置；
[0025]所述电堆3包括空气侧入口
31
以及尾排口
32
；
[0026]所述空气分离器1包括出口，所述空气分离器1出口上设置有透氧膜
11
；所述电加热器2设置在透氧膜
11
上；
[0027]所述轴流涡轮4包括进口和出口；所述尾排口
32、
空气分离器1出口分别与轴流涡轮4进口连通；所述轴流涡轮4出口通过空压机6与空气侧入口
31
连通
。
[0028]从上述描述可知，通过电堆3的尾排口
32
与轴流涡轮4的进口连通，通过加热分离出的高温高压氧气和尾排气体，能够推动轴流涡轮4转动，进而电机5转动，继而带动空压机6转动，实现燃料电池的能量的多级利用，而降温后高温氧气与尾排气体的水蒸气混合后通过空压机6送入电堆3内进行反应，实现增压增氧增湿，能够大大的提升电堆3的反应速率以及实现快速的冷启动；同时空气侧由于含氧量高，通过尾排的接入轴流涡轮4再进入空气侧入口
31
，实现高浓度氧气的循环利用，提升氧气的利用效率
。
[0029]进一步的，所述电堆3包括空气侧出口
33
，所述空气侧出口
33、
空压机6以及空气侧进口三者通过三通阀连通
。
[0030]从上述描述可知，通过空气侧出口
33
以及空气侧进口的连通，形成氧气循环路，进行进一步的氧气利用，形成空气车侧的完整循环，由于采用了透氧膜
11
，使得堆内的氧气含量高，不重复利用的话，难以用尽，进而造成浪费
。
[0031]进一步的，所述透氧膜
11
为含有钡钙钛矿材质的透氧膜
11。
[0032]从上述描述可知，含有钡钙钛矿材质的透氧膜
11
远离为高温富氧条件下，含钡
(Ba)
材料表面析出的
BaO/BaO2
纳米粒子对氧活化具有超高的活性，是氧交换反应的活性位点，因此含
Ba
钙钛矿氧化物表面高温氧活化和输运机制具有重要意义
。
[0033]进一步的，所述燃料电池还包括空滤7，所述空滤7与空压机6进口连通
。
[0034]从上述描述可知，通过空滤7的设置，燃料电池可以根据需要控制空压机6通过空滤7进行空气的补充，使得进入电堆3的混合气体达到最佳比例
。
[0035]进一步的，所述电机5为发电电动机
。
[0036]从上述描述可知，通过发电电动机，能够实现对轴流涡轮4产生的能量进行发电，以供系统的使用，可以通过蓄电池进行收集，也可以用于车辆的使用或燃料电池的低温唤醒功能，实现燃料电池的能量的多级利用
。
[0037]进一步的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种空气侧循环的燃料电池，其特征在于，包括空气分离器
、
电加热器
、
电堆
、
轴流涡轮
、
电机以及空压机；所述轴流涡轮
、
电机以及空压机三者共轴设置；所述电堆包括空气侧入口以及尾排口；所述空气分离器包括出口，所述空气分离器出口上设置有透氧膜；所述电加热器设置在透氧膜上；所述轴流涡轮包括进口和出口；所述尾排口
、
空气分离器出口分别与轴流涡轮进口连通；所述轴流涡轮出口通过空压机与空气侧入口连通
。2.
根据权利要求1所述的空气侧循环的燃料电池，其特征在于，所述电堆包括空气侧出口，所述空气侧出口
、
空压机以及空气侧进口三者通过三通阀连通
。3.
根据权利要求1所述的空气侧循环的燃料电池，其特征在于，所述透氧膜为含有钡钙钛矿材质的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞强，周百慧，高云庆，张国强，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：